Svakog minuta bezbroj miona (μ) stiže iz svemira i prolazi kroz gotovo sve, uključujući i naša tela, pre nego što prodre duboko ispod Zemljine površine.

Dve grupe fizičara su sredinom tridesetih godina prošlog veka nezavisno otkrile mione u tragovima kosmičkih zraka nastalim sudarima u Zemljinoj atmosferi. U to vreme je bilo  poznato svega nekoliko elementarnih čestica, poput elektrona, protona i fotona. Mion je teži „rođak” elektrona, ali znatno kraćeg veka.

Illustration by Sandbox Studio, Chicago with Olena Shmahalo

Otkriće miona dovelo je do spoznaje da univerzum verovatno sadrži još nepoznatih čestica. U narednim decenijama otkrivene su brojne nove čestice, a razvijen je i Standardni model, teorijski okvir koji opisuje osnovne gradivne blokove univerzuma. Model je izdržao test vremena i do danas predstavlja najbolje matematičko objašnjenje funkcionisanja univerzuma na subatomskom nivou.

Svojstva miona su detaljno proučavana u potrazi za znacima fizike izvan Standardnog modela. Kristina Karloganu, viši istraživač u Nacionalnom institutu za nuklearnu i čestičnu fiziku u Francuskoj, kaže: „Mioni su otvorili mnoge mogućnosti, kako u potrazi za novom fizikom, tako i u praktičnim primenama.”

Mioni su se pokazali korisnim i van fundamentalne fizike, na primer u vulkanologiji i nauci o materijalima, a mogli bi igrati važnu ulogu i u budućnosti fizike čestica.

Andrea Đamanko, fizičar čestica na Katoličkom univerzitetu u Luvenu, koji istražuje primenu mionskog snimanja van osnovnih istraživanja, ističe: „Oduševile su me brojne potencijalne primene o kojima ranije nisam ni razmišljao.”

Duboka prodornost miona kroz materijale čini ih idealnim za rekonstrukciju unutrašnjosti velikih struktura. Merenjem miona iz kosmičkih zraka koji su prolazili kroz Veliku piramidu u Gizi, 2023. godine je otkriven skriveni hodnik.

Miografijom, vrstom mionskog snimanja, ispitivane su unutrašnjosti i drugih objekata, poput delova Kineskog zida i nuklearnih reaktora. Projekat MIonska radiografija Vezuva ima za cilj da ovom tehnikom prikaže unutrašnju strukturu vulkana Vezuv.

Fotografija: A. Chantelauze, S. Staffi, L. Bret – Pierre Auger Observatory (EurekAlert CC)

Đamanko i njegovi saradnici su istraživali i mogućnost korišćenja mionskog snimanja za proučavanje drevnih artefakata, kao i za skeniranje tereta u potrazi za ilegalnom robom. Budući da su mioni negativno naelektrisani, osetljivi su na elektromagnetne sile. Analizom ukupne raspodele njihovih skretanja kroz mnoge interakcije moguće je zaključiti od kojih materijala se objekat sastoji. Ovaj princip se primenjuje u tehnici poznatoj kao mionska rasejana tomografija.

Akceleratori čestica već decenijama pružaju uvid u unutrašnje mehanizme univerzuma. Sudarima čestica otkrivene su nove čestice i dobijena saznanja o njihovim svojstvima.

Postojeći akceleratori otežavaju ili onemogućavaju rešavanje nekih od najvažnijih pitanja fizike čestica. Akceleratori koji sudaraju elektrone i pozitrone, čestice koje se ne mogu dalje razložiti, pretvaraju gotovo svu energiju sudara u nove čestice, uz minimalnu pozadinsku buku. Ipak, zbog njihove male mase, elektrone je teško ubrzati do izuzetno visokih energija.

Ova prepreka prevaziđena je korišćenjem akceleratora koji sudaraju hadrone ili naelektrisane atome. Međutim, zbog njihove složene strukture, u sudarima učestvuju samo pojedini sastojci, pa je samo deo ukupne energije dostupan za stvaranje novih čestica. Podaci dobijeni na ovaj način su znatno neuredniji.

Mioni su fundamentalne čestice i znatno masivniji od elektrona. Mionski sudarač bi mogao da obezbedi čiste sudare na izuzetno visokim energijama i omogući otkrivanje do sada neviđenih čestica.

„Mioni su savršeni kandidati za sudarače koji prevazilaze mogućnosti LHC-a”, kaže Sergo Džindarijani, viši naučnik u Nacionalnoj akceleratorskoj laboratoriji Fermi pri Ministarstvu energetike SAD. „Mionski sudarač deluje kao pravi alat za odgovore na pitanja sa kojima se danas suočava fizika čestica.”

Takav instrument mogao bi da razreši neke od najvećih misterija fizike čestica: Zašto Higsovo polje, koje česticama daje masu, opstaje u vakuumu? Da li postoje realni kandidati za tamnu materiju, poput slabo interagujućih masivnih čestica? Kako je Standardni model izgledao u ranim fazama razvoja univerzuma?

Ipak, posla je još mnogo. Elektroni i protoni su stabilni, dok se mioni raspadaju za svega 2,2 mikrosekunde. Zbog toga se moraju proizvesti, ubrzati i sudariti u izuzetno kratkom vremenskom intervalu.

Jedan od ključnih izazova jeste razvoj tehnologije za „hlađenje” mionskih snopova. Kako bi se povećao broj korisnih sudara, snopovi čestica moraju biti veoma uski. Proces smanjenja prostornog rasipanja snopa naziva se hlađenje. Razmatrano je nekoliko metoda za postizanje ovog cilja, objašnjava Natanijel Krejg, teoretičar čestica sa Univerziteta Kalifornije u Santa Barbari.

„Ono što je posebno važno kod miona jeste to što on simbolizuje ideju istraživanja viših energija, ne zato što nam je zagarantovano da ćemo nešto pronaći, već zato što je priroda prepuna pojava koje nismo imali razloga da očekujemo”, kaže Krejg.

„Mion predstavlja shvatanje da se otkrića najčešće rađaju kroz istraživanje, a ne slepo praćenje unapred zadate teorijske putanje.”

Izvor: symmetry

SVE JE FIZIKA Miša Bracić